管线探测技术在福州中心城区水系综合治理中的应用

林健

(福州市勘测院，福建 福州 350108)

1 引 言

城区水系综合治理是一项庞大的系统工程，为满足截污管道设计及施工需求，项目前期河道沿线周边开展的地下管线探测及河道出水口调查工作，是顺利开展水系综合治理不可或缺的环节。经项目建设单位委托，由福州市勘测院承担福州中心城区水系综合治理地下管线探测及河道出水口调查任务。项目过程中，针对不同的管线类别、材质、施工工艺以及地面介质采用不同的探测技术方法，最终提交管线探测成果精度良好，满足水系治理工程的需求。

2 水系综合治理勘测项目概况

福州市中心城区内河94条，河道长度 212 km，采用PPP模式，将中心城区水系分为新店片区水系(项目包1)、鼓台中心区水系(项目包2)等7个区域，全面开展水系综合治理工作。由于中心城区河道沿线路网密集，白马路、工业路、六一路、五一路、杨桥路等交通干道车流量大，地下管线分布密集，探测难度较大；河道出水口多数位于河道沿线单位及小区内部，出水口数量多，开展出水口信息采集工作涉及较多的沟通协商问题，采集出水口相关信息难度较大，工作量较多。

本次水系综合治理项目共探测地下综合管线 2 502 km、调查出水口 7 332处。如图1为本项目水系综合治理分布情况。

3 出水口调查主要内容及探测技术难点

福州市中心城区水系综合治理PPP项目涉及河道多，工期紧，勘测任务重。而河道出水口调查则主要查明河道出水口的性质、位置、管径、材质、高程、出水及水质情况，为河道截污、排涝等环节提供准确的基础数据，为河道污染源治理方案设计提供必要的数据支撑。

图1 水系综合治理分布图

出水口调查：由于福州内河皆与闽江相通，有着涨落潮的变化，出水口调查应在低水位时进行，外业工作时间必须进行有效安排，以保证出水口不遗漏。

管线探测方面：解决复杂条件下的管线定位定深问题是水系综合治理中地下管线探测的关键点，主要有近距离平行管线、非金属材质管线及非开挖施工(顶管或拉管)的深层管线的探测。项目实施中，外业采用灵活多变的探测手段，采取部分有开挖条件的地方进行验证、邀请权属单位到现场指认等辅助措施，以保证管线点的精度达到设计及施工要求。

4 地下管线探测及出水口调查在水系综合治理中的开展实施

本次水系综合治理管线探测工作遵循有效、快速、从已知到未知、从简单到复杂的原则，先探测位置比较明确、有较多明显出露点或附属物、探测信号较好的管线，接着对探测条件较差、较难探测的管线进行探测。

4.1 仪器可靠性检定

本次使用的探测仪器以管线探测仪为主，投入使用前，结合福州市中心城区地球物理特征及城市地下管线分布特点，分别在杨桥路、六一中路、白马南路、铜盘路、南平路、下洋路、上三路等道路上，对探测使用的10台探测仪进行管线探测仪一致性检测，通过检测和试验，各台仪器的探测精度达标，且性能足够稳定，满足生产需求。

4.2 出水口调查

河道出水口是黑臭水体的污染源的主要排放途径，只有摸排并调查清楚每条河道的出水口具体情况，才能为后期截污管的设计方案提供数据保障。因此福州水系治理前期河道出水口调查工作是十分必要且重要的环节。

由于福州内河有着涨落潮的变化，本次河道出水口的调查工作是在低水位时进行，保证了河道的每处出水口调查不遗漏。作业员到每条河道驳岸实地采集出水口的性质、位置、管径、材质、高程、出水情况、水质、天气及调查时间，并拍照记录，部分驳岸无法到达的则通过乘坐水上皮艇进行作业采集。提交成果完全满足河道截污设计方的需求，部分成果资料如图2所示：

图2 部分出水口调查成果图

4.3 管线探测主要技术方法

本次水系综合治理涉及河道多，河道沿线管线密集，探测工作量大。在测区范围内，针对管线类型、材质及施工工艺不同，采取多种探测方法综合运用，有效、巧妙地避开干扰，保证了管线探测的精度和质量。

4.3.1 常规管线探测技术

(1)明显点管线调查。实际工作中，给每条河道沿线周边管线通过明显点的调查，确定了需要仪器探测的各管线段，遵循了从已知到未知的管线探测原则。

(2)隐蔽点管线探测。本次隐蔽点管线主要用到了感应法、直接法、夹钳法、示踪仪法，具体应用方法如下：①感应法：本次工作中常用的一种探查方法，探测时从已知点处放置发射机，使被探测的管线产生感应电流而形成电磁场，利用接收机来追踪定位；②直接法：主要用于有露出点金属管线的探测，将发射机接地线一端与接于被探管线出露点处，另一端接地，接收机搜索探测管线产生的电磁信号，追踪定位，例如在福州中心城区的工业路、五一路等地下管线复杂的给水、金属材质天然气、温泉管线探测中应用较多；③夹钳法：主要用于河道沿线周边电力及通信类管线；④示踪仪法：主要应用于带出入口的非金属管道探测，包括排水管、电力通讯类未穿线管道。

4.3.2 复杂条件下的管线探测技术

(1)近距离平行管线的探测。本项目根据现场管线分布情况，我们使用了以下方法，顺利解决旁侧管线探测干扰问题，取得明显效果：①广泛采用压线法、改变发射机倾斜发射方式，抑制旁侧管线的干扰。②根据目标管线与干扰管线的电流方向相反、目标管线电流值最大的特性，测定电流大小以及方向以判断干扰管线，从而确定目标管线。③尽可能使用低频探测，以减弱对旁侧管线的激发感应。④多种频率、功率、多种激发方式探测效果的综合比对，在复杂区域加以绘制磁场信号曲线图，分析信号特征，确定目标管线及干扰管线。

(2)非金属材质管探测。本项目中主要解决PE材质天然气的探测难点。由于天然气管多数为非金属材质，无法使用常规技术进行探测、并且部分管段未埋设示踪金属线，为此项目组做了广泛的方法试验，取得有效办法后推广使用。

(3)深层管线的探测。本次水系综合治理中，多条河道的截污管线均采用非开挖施工方式。因此河道沿线深层管线的探测成果数据必须准确可靠。本次管线探测工作中，分别投入美国DigTrak F2导向仪和比利时Reduct惯性定位仪对污水、电力及通讯拉管管线进行精确定位定深。

①导向仪探测。它是利用穿管器将导向仪的传感器送入管内，传感器发射特定的电磁信号，接收器在地面上接收传感器的信号来实现定位定深。项目中未跨越河道的深层管线主要采用该方法进行探测。

位于西环中路管径为DN1400的雨水干管YS1-YS3排入新西河，前期出水口调查工作中发现在出水口YS3处排入河道的雨水水质浑浊且水量较大，是需要整治的污染源。为阻断该污染源，设计方在YS2处设计修建截流井，将污染源经截流井排至原有污水管WS7处。实地施工过程中，由于原有污水管WS1-WS6段资料老旧，在WS7处依据已有的WS1和WS6的管内底高程进行开挖却未找到管段。后经收集资料确认该段污水管施工工艺为非开挖拉管施工，埋深起伏较大，勘测人员现场采用导向仪探测方法进行了准确的定位定深。

成果显示，在WS5-WS4段处污水管内底高程为 2.632 m～ 2.206 m。利用该成果施工方很快就挖到原污水管，顺利截流了污染源。如图3所示。

图3 新西河出水口截流示意图

②惯性定位仪测量。惯性定位仪的工作原理是设备内搭载惯导里程组合导航器元件，会随时将设备运行数据传输给内部处理模块，结算出仪器的空间运行轨迹，最后通过系统管理软件输出成果数据。由于不受场地、周边信号干扰、管线长度、埋深、材质影响等优势，在穿越河道、建筑物下方的深层管线定位定深中发挥了重大作用，运用惯性定位仪能够准确测量管线的平面位置和高程，解决了多处管线难点。

③本工程中位于工业路东侧大庆河截污管道WS77-WS78段设计采用非开挖方式顶管施工，设计罗零标高为 1.562 m。已施工跨越大庆河电力拉管管线与设计中的污水管在平面上有交叉，所以电力管的管高需要准确探测，才能避免截污管道施工过程中对电力管线不必要的破坏。由于电力拉管管线与设计的污水管交叉处位于大庆河河道中央，导向仪无法到达探测，项目组采用了惯性定位仪测量方法，成功地采集了电力拉管管线的高程。经惯性定位仪测量成果分析如图4所示，DL1515至DL1531段电力拉管管高位于 0.172 m～0.215 m区间低于截污管的设计标高 1.562 m，该截污管的设计方案可行(如图5所示)。

图4 惯性定位仪测量分析结果示意图

图5 大庆河截污管道设计示意图

5 探测成果精度与应用

5.1 成果精度分析

本次水系综合治理项目位于福州中心城区，探测面积大，经外业数据采集与内业编辑处理，共生成地下综合管线 2 502 km和出水口 7 332处。为保证探测成果精度，通过检查点的重复量测及探测，计算和统计各项中误差，结果显示本次项目的管线探测成果质量合格，精度符合要求，可以提供给勘察、设计及施工方使用。

5.2 探测成果应用

本次水系综合治理出水口调查和地下管线探测输出的成果主要有出水口调查表、成果图和照片，以及管线探测成果图(包括二维管线图和三维管线横断面图，如图6、图7所示)。其中出水口成果资料体现了每条河道的主要污染源的排放途径，管口位置与高程，为水系综合治理初期提供了准确、可靠的原始资料，有利于后期的规划设计；管线探测成果以二维和三维的形式展示出来，可以有效地进行各类管线数据分析，包括管线的碰撞分析、开挖分析、查询附属物位置等功能，提高了决策能力。

图6 二维管线示意图

图7 三维管线横断面图分析

目前，完整且准确的地下管线探测和出水口资料已经提供给河道治理决策部门、规划部门以及设计单位，指导河道治理工程的方案优化及工程施工，对本次工程的河道周边环境改造、截污管线的埋设、沿岸管线的迁改提供了强有力的数据保障，避免对地下管线设施的破坏，实现管线自身的安全运营，减少因管线引发的安全事故而产生的重大经济损失，避免了更大的资金投入，产生了良好的经济效益，节约专项资金约800万元。

6 结 论

综上所述，基于地下空间的隐蔽性及复杂性，地下管线探测工作中必须保持着严谨务实的态度，针对复杂条件下的管线探测，结合现场情况，应采取灵活多变的探测方法，以获取最为准确的地下管线探测精度。同时总结工作中的探测经验，其中导向仪及惯性定位仪在深层管线中的运用是本项目的一个技术亮点，值得在今后相类似的工作中推广。